JP6888432B2 - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、駆動力源としてのエンジンと二つのモータとを備えたハイブリッド車両の駆動装置に関するものである。

特許文献１には、エンジンが出力した動力を第１モータと出力部材とに分割する動力分割装置を備えたハイブリッド車両が記載されている。この動力分割装置は、シングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されており、そのキャリヤにエンジンが連結され、サンギヤに第１モータが連結され、リングギヤに出力部材が連結されている。また、出力部材から駆動輪にトルクを伝達する経路内に、第２モータの出力トルクが伝達されるように構成されている。さらに、リングギヤには、出力部材としての外歯歯車が連結されている。この外歯歯車は、チェーン機構の入力側スプロケットとして機能するものであって、そのチェーン機構およびギヤ列で構成された減速機構を介してデファレンシャルギヤユニットにトルクを伝達するように構成されている。

特開平９−２２６３９２号公報

特許文献１に記載された駆動装置は、高車速時には、第１モータの回転数を０付近で運転することによってシステム効率が高くなる。その場合、動力分割機構は、増速機として機能する。したがって、動力分割機構の出力から駆動輪に到るトルクの伝達経路内で適切な回転数まで減速するためにギヤ列などの減速機構が設けられており、その減速機構を設けるための搭載スペースを確保する必要があった。

また、上記の減速機構をチェーン機構のみで構成する場合には、要求される減速比を確保するために入力側スプロケットを小型化するか、出力側スプロケットを大型化することになる。出力側スプロケットは、デファレンシャルギヤユニットのケースに形成されていることにより、最低地上高などの要求から出力側スプロケットの大型化には限界があった。さらに、スプロケットの径が小さくなるほど小ピッチのチェーンとなってチェーンの剛性が低下する可能性があり、入力側スプロケットの小型化にも限界があった。すなわち、特許文献１に記載されたように動力分割機構を構成した場合にチェーン機構で確保することができない減速比を得るために、ギヤ列を搭載せざるを得ない可能性がある。

この発明は上記のような技術的課題に着目して考え出されたものであり、車両への搭載性を向上することができるハイブリッド車両の駆動装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンと、第１モータと、第２モータと、前記エンジンの動力を駆動輪と前記第１モータとに分割する動力分割機構とを備え、前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータと前記動力分割機構とが、前記エンジンの回転中心軸線と同一軸線上に配置されたハイブリッド車両の駆動装置において、前記動力分割機構は、前記エンジンが連結された入力要素と、前記第１モータが連結された反力要素と、出力要素とを備えるとともに、前記反力要素の回転数が前記入力要素の回転数よりも低回転数の場合に、前記出力要素が前記入力要素よりも低回転数で回転するように構成されており、前記出力要素には、入力側スプロケットと、前記駆動輪に連結されたデファレンシャルギヤユニットに形成された出力側スプロケットと、チェーンとで構成されるとともに、前記入力側スプロケットの回転数が前記出力側スプロケットの回転数よりも高回転数となるチェーン機構が連結され、前記第２モータは、円筒状のステータと、前記ステータに巻き掛けられたコイルと、前記コイルのうちの前記ステータの軸線方向に突出したコイルエンド部と、前記ステータの半径方向における内側に設けられたロータとを有し、前記第２モータのトルクを増大させ、かつ前記出力要素と前記入力側スプロケットとの間のトルクの伝達経路にトルクを出力する減速機構減速機構を備え、前記エンジンの回転中心軸線と同一軸線上に、前記エンジン、前記動力分割機構、前記入力側スプロケット、前記第２モータ、前記減速機構、前記第１モータの順に配置され、前記減速機構の少なくとも一部が、前記コイルエンド部の内側に配置されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、エンジンの出力トルクを駆動輪に伝達して走行するために第１モータから反力トルクを出力し、その第１モータの回転数を低回転数に制御した場合に、動力分割機構が減速機として機能する。そのため、ギヤ列などのチェーン機構以外の減速機構を設けることなく、動力分割機構から出力された動力を適切に減速して駆動輪に伝達することができる。したがって、駆動装置は、エンジンの出力軸の回転中心軸線とデファレンシャルギヤユニットの出力軸の回転中心軸線との二軸の構成とすることができる。その結果、駆動装置を小型化することができる。また、減速機構の少なくとも一部を、第２モータのコイルエンド部の内側に配置することにより、減速機構を設けることによる軸長の伸張を抑制することができる。

この発明の実施形態における駆動装置の一例を説明するためのスケルトン図である。 減速機構の配置を説明するための部分断面図である。 駆動装置を収容するケースの外形を示す断面図である。 シングルピニオン型の遊星歯車機構を減速機構として備えた構成の一例を説明するための部分断面図である。

この発明の実施形態における駆動装置の一例を図１に示している。図１に示す駆動装置１は、エンジン（ＥＮＧ）２の出力軸３が車幅方向と平行に配置された、いわゆる横置きタイプのものであり、フロントエンジン・フロントドライブ式のＦＦ車両や、リヤエンジン・リヤドライブ式のＲＲ車両に搭載される。この駆動装置１は、エンジン２と、二つのモータ４，５とを駆動力源として備えている。それらのモータ４，５は、発電機能のある、いわゆるモータジェネレータであって、その一例として、永久磁石形の同期モータである。

エンジン２の出力軸３には、シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成された動力分割機構６が連結されている。この動力分割機構６は、従来知られているものと同様に構成することができ、そのリングギヤ６Ｒにエンジン２の出力軸３が連結され、サンギヤ６Ｓに第１モータ（ＭＧ１）３が連結され、キャリヤ６Ｃに中空状の出力軸７が連結されている。出力軸７は、エンジン２とは反対に向けて形成されており、その中空部に、第１モータ４の出力軸８が相対回転可能に挿入されている。すなわち、エンジン２の回転中心軸線と同一軸線上に、動力分割機構６および第１モータ４が配置されるとともに、動力分割機構６を挟んでエンジン２とは反対側に第１モータ４が配置されている。上記のリングギヤ６Ｒがこの発明の実施形態における「入力要素」に相当し、サンギヤ６Ｓがこの発明の実施形態における「反力要素」に相当し、キャリヤ６Ｃがこの発明の実施形態における「出力要素」に相当する。

なお、この動力分割機構６は、シングルピニオン型の遊星歯車機構に限らず、ダブルピニオン型の遊星歯車機構で構成してもよく、その場合には、サンギヤ６Ｓとキャリヤ６Ｃとのいずれか一方にエンジン２を連結し、サンギヤ６Ｓとキャリヤ６Ｃとの他方に第１モータ４を連結し、リングギヤ６Ｒに出力軸７を連結すればよい。すなわち、第１モータ４を低回転数で駆動している場合に、出力軸７に連結された回転要素が、エンジン２に連結された回転要素よりも低回転数で回転するように構成されていればよい。なおまた、エンジン２の出力軸３と、リングギヤ６Ｒとの間に、エンジン２のトルクの脈動を低減するためのダンパ機構を備えていてもよい。

上記の出力軸７における第１モータ４と動力分割機構６との間には、チェーン機構９が連結されている。このチェーン機構９は、出力軸７に連結された入力側スプロケット１０と、入力側スプロケット１０よりも大径の出力側スプロケット１１と、それらのスプロケット１０，１１に巻き掛けられてトルクを伝達するチェーン１２とにより構成された、減速機構である。すなわち、チェーン機構９は、入力側スプロケット１０が出力側スプロケット１１よりも高回転数となるように構成されている。この出力側スプロケット１１は、従来知られているものと同様に構成されたデファレンシャルギヤユニット１３のケースに形成されており、その出力側スプロケット１１およびデファレンシャルギヤユニット１３を介して駆動輪１４にトルクが伝達される。また、チェーン１２は、従来知られているものと同様に構成することができ、チェーン１２の回転方向に直列に配置され、また必要に応じてチェーン１２の幅方向に積層された複数のリンクと、直列に配置された隣り合うリンク同士を揺動可能に連結するピンとにより構成されている。なお、図１では、チェーン１２を二点鎖線で示している。

出力軸７は、入力側スプロケット１０が連結された箇所から更に第１モータ４側に向けて形成されており、その先端に減速機構１５が連結されている。この減速機構１５は、第２モータ（ＭＧ２）５の出力トルクを増大させて出力軸７に伝達するためのものであって、減速機構１５と入力側スプロケット１０との間に第２モータ５が配置されている。

ここで、減速機構１５の具体的な構成について説明する。図１に示す減速機構１５は、ステップドピニオン型の遊星歯車機構で構成されている。具体的には、第２モータ５の出力軸１６に連結されたサンギヤ１５Ｓと、そのサンギヤ１５Ｓに噛み合う大径の第１ピニオンギヤ１５Ｐ１と、第１ピニオンギヤ１５Ｐ１と一体に回転するとともに、第１ピニオンギヤ１５Ｐ１よりも小径の第２ピニオンギヤ１５Ｐ２と、第２ピニオンギヤ１５Ｐ２に噛み合うとともにケースなどの固定部１７に一体化されたリングギヤ１５Ｒと、第１ピニオンギヤ１５Ｐ１と第２ピニオンギヤ１５Ｐ２とを自転および公転可能に保持するキャリヤ１５Ｃとにより構成されており、そのキャリヤ１５Ｃが出力軸７に連結されている。なお、第１ピニオンギヤ１５Ｐ１は、その径を小型化するために第２ピニオンギヤ１５Ｐ２よりもモジュールが小さく形成されている。

図２には、減速機構１５の配置を具体的に説明するための部分断面図を示してある。図２に示す例では、第２モータ５と入力側スプロケット１０との間から第２モータ５側に向けて円筒軸１８が形成されている。この円筒軸１８は、ケースと一体に形成されたものであって、その外周面に第２モータ５のロータ５Ｒを回転自在に保持するためのボールベアリング１９が嵌合しており、そのボールベアリング１９のアウターレースに比較的軸長が短い、円筒状の保持軸２０が嵌合している。

この保持軸２０の軸線方向における中央部にはフランジ部２１が形成されており、そのフランジ部２１の外周に円筒状のロータ軸２２が一体に形成されている。ロータ軸２２は、保持軸２０よりも軸長が長く形成されており、そのロータ軸２２に、積層鋼板が嵌合して一体化されている。この積層鋼板がロータ５Ｒとして機能する。そのロータ軸２２の内面には、環状に形成された連結プレート２３がスプライン係合しており、その連結プレート２３の内周部にサンギヤ１５Ｓが一体化されている。そして、サンギヤ１５Ｓとロータ軸２２との間の空間に、サンギヤ１５Ｓに噛み合う第１ピニオンギヤ１５Ｐ１が設けられている。

さらに、第２モータ５は、ロータ５Ｒの軸線方向の長さと同一の長さに形成された円筒状のステータ５Ｓを備えている。このステータ５Ｓは、ケースに固定されている。ステータ５Ｓには、内側に突出した複数のティース部が形成されており、それぞれのティース部にコイルが巻き掛けられている。そのコイルの一部が、ステータ５Ｓから軸線方向に突出している。この突出した部分は、コイルエンド部２４と称されており、そのコイルエンド部２４およびロータ軸２２の内側に、上記の第２ピニオンギヤ１５Ｐ２やリングギヤ１５Ｒが配置されている。すなわち、上記の減速機構１５の一部、または全部が第２モータ５のコイルエンド部２４やロータ軸２２の内側に配置されている。ここで、コイルエンド部２４またはロータ軸２２の内側とは、回転中心軸線方向の位置で、コイルエンド部２４やロータ軸２２と重なる位置であることを意味する。なお、減速機構１５のキャリヤ１５Ｃに出力軸７がスプライン係合しており、その出力軸７が、上記円筒軸１８の中空部に挿入されている。すなわち、上記の第２モータ５および減速機構１５は、エンジン２の回転中心軸線と同一軸線を中心として回転するように、入力側スプロケット１０と第１モータ４との間に、第２モータ５、減速機構１５の順に配置されている。なお、図２に示す例では、減速機構１５の全てをコイルエンド部２４やロータ軸２２の内側に配置した例を示しているものの、減速機構１５の少なくとも一部がコイルエンド部２４の内側となるように減速機１５が配置されていればよい。

上記のように構成された駆動装置１は、エンジン２の駆動力を駆動輪１４に伝達して走行するＨＶ走行モードと、第２モータ５の駆動力を駆動輪１４に伝達して走行する第１ＥＶ走行モードとを選択することができる。

ＨＶ走行モードは、エンジン２から要求駆動力を出力するとともに、第１モータ４は、エンジン２の出力トルクを動力分割機構６から出力するための反力トルクを出力する。その場合、第１モータ４の出力トルクは、エンジン２から伝達されるトルクで回転させられる第１モータ４の回転数を低下させるように作用する。そのため、第１モータ４は発電機として機能し、エンジン２から出力された動力の一部を電気エネルギーに変換する。

上記のように第１モータ４から反力トルクを出力することにより、エンジン２から出力された動力の一部は、出力軸７に伝達される。すなわち、上記の動力分割機構６は、エンジン２の出力を第１モータ４と出力軸７とに分割して伝達するように機能する。

そして、動力分割機構６を介して出力軸７に伝達された動力に、第２モータ５の動力を加算して、チェーン機構９に動力が伝達されて走行する。なお、その際には、第１モータ４により回生（発電）された電力に加えて、図示しないバッテリなどの蓄電装置から電力を出力して第２モータ５に通電してもよい。

上記の第１ＥＶ走行モードは、第２モータ５の動力のみで走行するモードであって、エンジン２と第１モータ４とからは駆動トルクを出力しない。すなわち、第２モータ５から要求駆動力を出力して、その駆動力をチェーン機構９やデファレンシャルギヤユニット１３を介して駆動輪１４に伝達して走行する。その場合、フリクションにより、エンジン２は停止して、第１モータ４が空回りする。

一方、第１ＥＶ走行モードで出力可能な駆動力には、第２モータ５の特性に応じた限界があるため、図１に示す駆動装置１は、第１モータ４と第２モータ５との駆動力により走行することができるように構成されている。具体的には、エンジン２の出力軸３に、エンジン２が逆回転することを防止するためのワンウェイクラッチ２５が設けられている。したがって、第１モータ４からトルクを出力した場合には、リングギヤ６Ｒが反力要素として機能して、第１モータ４の出力トルクが出力軸７に伝達されて、第２モータ５の出力トルクに加算される。この走行モードを、第２ＥＶ走行モードと記す。

さらに、ＨＶ走行モード、第１ＥＶ走行モード、および第２ＥＶ走行モードのいずれの走行モードであっても、動力分割機構６や減速機構１５に潤滑オイルを供給することができるオイルポンプ（Ｏ／Ｐ）２６が設けられている。このオイルポンプ２６は、リングギヤ６Ｒにワンウェイクラッチ２７を介して連結され、かつキャリヤ６Ｃにワンウェイクラッチ２８を介して連結された駆動軸２９を備えている。したがって、ＨＶ走行モードでは、リングギヤ６Ｒの回転数がキャリヤ６Ｃの回転数よりも高回転数となることにより、ワンウェイクラッチ２７が係合してリングギヤ６Ｒから駆動軸２９にトルクが伝達されてオイルポンプ２６が駆動する。その場合、ワンウェイクラッチ２８は解放されてキャリヤ６Ｃと駆動軸２９とは相対回転する。一方、第１ＥＶ走行モードや第２ＥＶ走行モードでは、エンジン２が停止していることにより、キャリヤ６Ｃの回転数がリングギヤ６Ｒの回転数よりも高回転数になり、ワンウェイクラッチ２８が係合してキャリヤ６Ｃから駆動軸２９にトルクが伝達されてオイルポンプ２６が駆動する。その場合、ワンウェイクラッチ２７は解放されてリングギヤ６Ｒと駆動軸２９とは相対回転する。

上述したように駆動装置１を構成することにより、ＨＶ走行モードが設定されて比較的高車速で走行している場合のシステム効率を向上させるために、第１モータ５を低回転数で制御するとしても、動力分割機構６が減速機として機能することになるため、ギヤ列などのチェーン機構９以外の減速機構を設けることなく、動力分割機構６から出力された動力を適切に減速して駆動輪１４に伝達することができる。具体的には、図３に示すようにエンジン２の出力軸３の回転中心軸線（エンジン軸）Ｌ１と、デファレンシャルギヤユニット１３の出力軸であるドライブシャフト３０の回転中心軸線（駆動輪軸）Ｌ２との二軸の構成とすることができる。その結果、駆動装置１を小型化することができる。なお、図３には、この発明の実施形態における駆動装置１のケースの外形を実線で示し、特許文献１に記載されたように減速機構として機能するギヤ列を設けた場合における駆動装置のケースの外形を破線で示している。

また、上記のように動力分割機構６が減速機として機能することにより、チェーン機構９の減速比を低減することができる。その結果、入力側スプロケット１０が過度に小型化することを抑制することができる。したがって、入力側スプロケット１０の歯厚が過度に薄くなることや、チェーン１２を構成するピンが過度に細くなることなどを抑制でき、チェーン機構９の強度が低下することを抑制することができる。

さらに、第２モータ５のトルクを増大させる減速機構１５を設けることにより、第２モータ５を高回転数、低トルク型のモータとすることができる。すなわち、第２モータ５のロータ５Ｒやステータ５Ｓの軸長を短縮することができる。そして、減速機構１５の一部または全部を第２モータ５のコイルエンド部２４の内側に配置することにより、減速機構１５を設けることによる軸長の伸張を抑制することができる。

またさらに、減速機構１５をステップドピニオン型の遊星歯車機構で構成することにより、減速機構１５が大型化することを抑制しつつ高減速比を得ることができる。また、第１ピニオンギヤ１５Ｐ１のモジュールを第２ピニオンギヤ１５Ｐ２のモジュールよりも小さくすることにより、第１ピニオンギヤ１５Ｐ１を小型化することができるため、第２モータ５のコイルエンド部２４やロータ軸２２の内側に容易に配置することができる。この場合、第１ピニオンギヤ１５Ｐ１の歯厚が小さくなるものの、第１ピニオンギヤ１５Ｐ１を第２ピニオンギヤ１５Ｐ２よりも大径に形成することで、第１ピニオンギヤ１５Ｐ１の各歯に作用する接線力を低減することができる。そのため、第２ピニオンギヤ１５Ｐ２の強度を基準として第１ピニオンギヤ１５Ｐ１の強度を定めればよく、モジュールを同一とした場合からの強度設計の変更に要する工数を低減することができる。

そして、上記のように動力分割機構６の入力要素（リングギヤ）６Ｒと出力要素（キャリヤ）６Ｃとの回転数が高い要素からトルクが伝達されてオイルポンプ２６が駆動するように構成することにより、電動オイルポンプなどの他の装置を設けることなく、いずれの走行モードで走行したとしても、動力分割機構６や減速機構１５を潤滑することができる。

なお、この発明の実施形態における減速機構１５は、図１および図２に示す構成に限らず、シングルピニオン型の遊星歯車機構など他の構成のものであってもよい。図４には、シングルピニオン型の遊星歯車機構を減速機構３１として備えた構成の一例を示している。図４に示す例では、連結プレート２３がサンギヤ３１Ｓに連結され、リングギヤ３１Ｒがケースに固定され、キャリヤ３１Ｃが出力軸７に連結されている。このように構成された減速機構３１であっても、第２モータ５のトルクを増大させて出力軸７に伝達することができる。なお、図４に示す例では、減速機構３１が、コイルエンド部２４の内側に配置されている。

１…駆動装置、 ２…エンジン、 ４…第１モータ、 ５…第２モータ、 ５Ｓ…ステータ、 ５Ｒ…ロータ、 ６…動力分割機構、 ６Ｒ，１５Ｒ，３１Ｒ…リングギヤ、 ６Ｓ，１５Ｓ，３１Ｓ…サンギヤ、 ６Ｃ，１５Ｃ，３１Ｃ…キャリヤ、 ９…チェーン機構、 １０…入力側スプロケット、 １１…出力側スプロケット、 １２…チェーン、 １３…デファレンシャルギヤユニット、 １４…駆動輪、 １５…減速機構、 １５Ｐ１，１５Ｐ２…ピニオンギヤ、 ２４…コイルエンド部、 Ｌ１，Ｌ２…回転中心軸線。

Claims (1)

1. エンジンと、第１モータと、第２モータと、前記エンジンの動力を駆動輪と前記第１モータとに分割する動力分割機構とを備え、前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータと前記動力分割機構とが、前記エンジンの回転中心軸線と同一軸線上に配置されたハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記動力分割機構は、前記エンジンが連結された入力要素と、前記第１モータが連結された反力要素と、出力要素とを備えるとともに、前記反力要素の回転数が前記入力要素の回転数よりも低回転数の場合に、前記出力要素が前記入力要素よりも低回転数で回転するように構成されており、
   前記出力要素には、入力側スプロケットと、前記駆動輪に連結されたデファレンシャルギヤユニットに形成された出力側スプロケットと、チェーンとで構成されるとともに、前記入力側スプロケットの回転数が前記出力側スプロケットの回転数よりも高回転数となるチェーン機構が連結され、
   前記第２モータは、円筒状のステータと、前記ステータに巻き掛けられたコイルと、前記コイルのうちの前記ステータの軸線方向に突出したコイルエンド部と、前記ステータの半径方向における内側に設けられたロータとを有し、
   前記第２モータのトルクを増大させ、かつ前記出力要素と前記入力側スプロケットとの間のトルクの伝達経路にトルクを出力する減速機構を備え、
   前記エンジンの回転中心軸線と同一軸線上に、前記エンジン、前記動力分割機構、前記入力側スプロケット、前記第２モータ、前記減速機構、前記第１モータの順に配置され、
   前記減速機構の少なくとも一部が、前記コイルエンド部の内側に配置されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。

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